JP2016144243A - Over current detection circuit for switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置の出力電流が過電流状態であることを検出する過電流検出回路に関する。 The present invention relates to an overcurrent detection circuit that detects that an output current of a switching power supply device is in an overcurrent state.
スイッチング電源装置の出力電流が過電流状態であることを検出する過電流検出回路としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。この過電流検出回路は、出力電流の経路に介装された検出用抵抗の両端の電圧を増幅し、増幅後の電圧の多寡に基づいて過電流状態であることを検出する。この過電流検出回路によれば、増幅を行わない場合より検出用抵抗の抵抗値を小さくすることができるので、検出用抵抗による電力損失を低減することができる。 As an overcurrent detection circuit that detects that the output current of the switching power supply device is in an overcurrent state, for example, the one described in Patent Document 1 is known. This overcurrent detection circuit amplifies the voltage across the detection resistor interposed in the output current path, and detects the overcurrent state based on the amount of the amplified voltage. According to this overcurrent detection circuit, since the resistance value of the detection resistor can be made smaller than when amplification is not performed, power loss due to the detection resistor can be reduced.
しかしながら、この従来の過電流検出回路は、検出用抵抗の抵抗値を小さくしていくと出力電流の多寡を示す信号に対するノイズの比率が高まって検出に支障が生じるため、実際には検出用抵抗の抵抗値をあまり小さくできず、電力損失の低減が十分に図れないという問題があった。 However, in this conventional overcurrent detection circuit, if the resistance value of the detection resistor is reduced, the ratio of noise to the signal indicating the amount of output current increases, resulting in trouble in detection. There is a problem that the resistance value cannot be reduced so much that the power loss cannot be sufficiently reduced.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、出力電流が流れる経路に検出用抵抗を介装しなくても、出力電流の過電流状態を検出可能な過電流検出回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to detect an overcurrent state of an output current without providing a detection resistor in the path through which the output current flows. It is to provide a current detection circuit.
上記課題を解決するために、本発明に係る過電流検出回路は、トランスの二次巻線における誘起電圧を整流および平滑する第1整流平滑部によって得られた電圧を出力するフライバック型スイッチング電源装置において、第1整流平滑部から出力される電流が過電流状態であることを検出する過電流検出回路であって、第1整流平滑部とは別に設けられた、上記誘起電圧を整流および平滑する第2整流平滑部と、第2整流平滑部によって得られた電圧が予め定められた閾値電圧より大きい場合に、第1整流平滑部から出力される電流が過電流状態であることを検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an overcurrent detection circuit according to the present invention is a flyback switching power supply that outputs a voltage obtained by a first rectifying / smoothing unit that rectifies and smoothes an induced voltage in a secondary winding of a transformer. In the device, an overcurrent detection circuit for detecting that the current output from the first rectifying and smoothing unit is in an overcurrent state, the rectifying and smoothing of the induced voltage provided separately from the first rectifying and smoothing unit And detecting that the current output from the first rectifying / smoothing unit is in an overcurrent state when the voltage obtained by the second rectifying / smoothing unit and the voltage obtained by the second rectifying / smoothing unit are larger than a predetermined threshold voltage. And a detector.
フライバック型スイッチング電源装置では、第1整流平滑部から出力される電流(出力電流IOUT)が増加すると、トランスの漏れインダクタンスによるサージ電圧が増大するが、第1整流平滑部を構成する平滑コンデンサは十分な放電量を有し、しかも第1整流平滑部から出力される電圧(出力電圧VOUT)は、フィードバック制御により一定の電圧に維持されているため、サージ電圧が増大しても出力電圧VOUTは上昇しない。一方、過電流状態を検出するために設けられた第2整流平滑部から出力される電圧(検出用電圧VD)については、上記のようなフィードバック制御は行われない。また、第2整流平滑部を構成する平滑コンデンサの放電量は僅かである。したがって、第2整流平滑部を構成する平滑コンデンサがサージ電圧の影響を受けた高い電圧で充電されると、検出用電圧VDはサージ電圧の増大に伴って上昇する。すなわち、検出用電圧VDは出力電流IOUTの増加に伴って上昇する。 In the flyback type switching power supply device, when the current (output current I OUT ) output from the first rectifying / smoothing unit increases, the surge voltage due to the leakage inductance of the transformer increases, but the smoothing capacitor constituting the first rectifying / smoothing unit Has a sufficient discharge amount, and the voltage (output voltage V OUT ) output from the first rectifying / smoothing unit is maintained at a constant voltage by feedback control. Therefore, even if the surge voltage increases, the output voltage VOUT does not rise. On the other hand, the feedback control as described above is not performed on the voltage (detection voltage V D ) output from the second rectifying / smoothing unit provided for detecting the overcurrent state. Further, the discharge amount of the smoothing capacitor constituting the second rectifying / smoothing unit is small. Therefore, when the smoothing capacitor constituting the second rectifying / smoothing unit is charged with a high voltage affected by the surge voltage, the detection voltage V D increases as the surge voltage increases. That is, the detection voltage V D increases as the output current I OUT increases.
上記過電流検出回路によれば、出力電流IOUTの増加に伴って上昇する検出用電圧VDと予め定められた閾値電圧とを比較することにより、出力電流IOUTが過電流状態であることを検出することができる。 According to the overcurrent detection circuit, by comparing the predetermined threshold voltage and the detection voltage V D which increases with increase in the output current I OUT, that the output current I OUT is in the overcurrent state Can be detected.
上記過電流検出回路の具体的な構成としては、例えば、検出部が、第2整流平滑部によって得られた電圧を分圧する少なくとも2つの分圧用抵抗と、分圧用抵抗によって得られた電圧が予め定められた設定電圧より大きい場合に導通状態となるシャントレギュレータと、シャントレギュレータに直列接続された検出用抵抗とを含む構成が考えられる。この場合は、検出用抵抗の両端の電圧に関する信号を一次側に伝達するフォトカプラをさらに備えることで、出力電流IOUTが過電流状態であることを一次側に伝達することができる。 As a specific configuration of the above-described overcurrent detection circuit, for example, the detection unit has at least two voltage dividing resistors that divide the voltage obtained by the second rectifying and smoothing unit, and a voltage obtained by the voltage dividing resistor in advance. A configuration is conceivable that includes a shunt regulator that becomes conductive when the set voltage is higher than a predetermined set voltage, and a detection resistor connected in series to the shunt regulator. In this case, it is possible to transmit to the primary side that the output current IOUT is in an overcurrent state by further providing a photocoupler that transmits a signal related to the voltage across the detection resistor to the primary side.
なお、上記検出用抵抗には、出力電流IOUTが過電流状態である場合にのみ電流が流れる。一方、従来の過電流検出回路における検出用抵抗には、常に出力電流が流れる。本発明に係る過電流検出回路における検出用抵抗と従来の過電流検出回路における検出用抵抗とは、この点において決定的に相違している。 Note that a current flows through the detection resistor only when the output current IOUT is in an overcurrent state. On the other hand, an output current always flows through the detection resistor in the conventional overcurrent detection circuit. The detection resistor in the overcurrent detection circuit according to the present invention is decisively different in this respect from the detection resistor in the conventional overcurrent detection circuit.
本発明によれば、出力電流が流れる経路に検出用抵抗を介装しなくても、出力電流の過電流状態を検出可能な過電流検出回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an overcurrent detection circuit capable of detecting an overcurrent state of an output current without providing a detection resistor in a path through which the output current flows.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る過電流検出回路を備えたスイッチング電源装置の実施例について説明する。 Embodiments of a switching power supply device including an overcurrent detection circuit according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本実施例に係るスイッチング電源装置1は、直流電源10から供給された入力電圧VINを負荷11に供給すべき直流電圧(出力電圧VOUT、本実施例では15.5[V])に変換するフライバック型のスイッチング電源装置である。図1に示すように、スイッチング電源装置1は、トランスT、スイッチング素子Q、第1整流平滑部3および制御部6と、本発明に係る過電流検出回路2を構成する第2整流平滑部4、検出部5およびフォトカプラPCとを備える。
The switching power supply device 1 according to the present embodiment converts the input voltage VIN supplied from the
第1整流平滑部3は、整流ダイオードD1と平滑コンデンサC1とを含む。第1整流平滑部3は、トランスTの一次巻線T1に直列接続されたスイッチング素子Qの導通状態が変化したときにトランスTの二次巻線T2に誘起される電圧を整流および平滑し、これにより得た出力電圧VOUTを負荷11に向けて出力する。
First rectifying
制御部6は、不図示の電圧検出手段によって検出した出力電圧VOUTの電圧値が予め定められた値となるように、または予め定められた範囲に収まるようにスイッチング素子Qの導通状態をフィードバック制御する。
The
過電流検出回路2を構成する第2整流平滑部4は、整流ダイオードD2と平滑コンデンサC2とを含む。第1整流平滑部3と同様、第2整流平滑部4は、トランスTの二次巻線T2に誘起される電圧を整流および平滑し、これにより得た検出用電圧VDを出力する。
Second rectifying
検出部5は、検出用電圧VDを分圧する分圧用抵抗R1,R2と、分圧用抵抗R1,R2によって得られた電圧がリファレンス電圧として入力されるシャントレギュレータREGと、シャントレギュレータREGに直列接続された検出用抵抗R4および抵抗R3とを含む。シャントレギュレータREGは、リファレンス電圧が予め定められた設定電圧より大きい場合に導通状態となる。シャントレギュレータREGが導通状態となると、第2整流平滑部4→抵抗R3→検出用抵抗R4→シャントレギュレータREGの経路で電流が流れ、検出用抵抗R4の両端に電圧が発生する。
The
本実施例では、分圧用抵抗R1,R2、検出用抵抗R4および抵抗R3の抵抗値を、82[kΩ]、15[kΩ]、1[kΩ]、1[kΩ]とした。また、上記の通り、出力電圧VOUTは15.5[V]に維持される。このため、分圧用抵抗R1,R2には、15.5[V]/97[kΩ]=160[μA]程度の電流が常に流れるが、これは、従来の過電流検出回路において検出用抵抗に流れる出力電流に比べればかなり微小である。 In this embodiment, the resistance values of the voltage dividing resistors R 1 and R 2 , the detecting resistor R 4 and the resistor R 3 are 82 [kΩ], 15 [kΩ], 1 [kΩ], and 1 [kΩ]. Further, as described above, the output voltage VOUT is maintained at 15.5 [V]. For this reason, a current of about 15.5 [V] / 97 [kΩ] = 160 [μA] always flows through the voltage dividing resistors R 1 and R 2 , which is detected by a conventional overcurrent detection circuit. Compared to the output current flowing through the resistor, it is quite small.
また、本実施例では、シャントレギュレータREGが導通状態となると、検出用抵抗R4にフォトカプラPCの順方向電圧VFで制限された1.2[V]の電圧が印加されるとともに、抵抗R3に前述の順方向電圧VFとシャントレギュレータREGの最小カソード電圧VKAの2.45[V]を除いた電圧(15.5[V]−1.2[V]−2.45[V]=11.85[V])が印加される。このため、検出用抵抗R4および抵抗R3には、それぞれ、1.2[V]/1[kΩ]=1.2[mA]程度、11.85[V]/1[kΩ]=11.85[mA]程度の比較的大きな電流が流れるが、シャントレギュレータREGが非導通状態となる通常時においては、検出用抵抗R4および抵抗R3には電流は流れない。 Further, in this embodiment, the shunt regulator REG is turned, along with the voltage of 1.2 [V] which is limited by the forward voltage V F of the photocoupler PC is applied to the detecting resistor R 4, the resistor R 3 is a voltage (15.5 [V] −1.2 [V] −2.45 [V] excluding 2.45 [V] of the forward voltage V F and the minimum cathode voltage V KA of the shunt regulator REG. V] = 11.85 [V]) is applied. Therefore, the detection resistor R 4 and the resistor R 3 have a resistance of about 1.2 [V] / 1 [kΩ] = 1.2 [mA], respectively, 11.85 [V] / 1 [kΩ] = 11. .85 [mA] degree of relatively large current flows, the shunt regulator REG is in a normal state where a non-conductive state, current does not flow through the detection resistor R 4 and the resistor R 3.
フォトカプラPCは、検出用抵抗R4に接続されたフォトダイオードと、制御部6に接続されたフォトトランジスタとを含む。検出用抵抗R4の両端に電圧が発生すると、フォトカプラPCは、検出用抵抗R4の両端に電圧が発生したことを示す信号を一次側に設けられた制御部6に光学的に伝達する。後で詳細に説明するが、検出用抵抗R4の両端に電圧が発生することは、出力電流IOUTが過電流状態であることを意味する。
The photocoupler PC includes a photodiode connected to the detection resistor R 4 and a phototransistor connected to the
制御部6は、出力電流IOUTが過電流状態である旨が伝達されると、スイッチング素子Qの制御を停止する。これにより、出力電圧VOUTが低下し、過電流状態が解消される。
When it is transmitted that the output current I OUT is in an overcurrent state, the
スイッチング電源装置1では、出力電流IOUTが増加すると、トランスTの漏れインダクタンスによるサージ電圧が増大するが、第1整流平滑部3を構成する平滑コンデンサC1は十分な放電量を有し、しかも第1整流平滑部3から出力される電圧(出力電圧VOUT)は、フィードバック制御により一定の電圧に維持されているので、サージ電圧が増大しても出力電圧VOUTは上昇しない。一方、検出用電圧VDについては、上記のようなフィードバック制御は行われない。また、第2整流平滑部4を構成する平滑コンデンサC2の放電量は僅かである。したがって、平滑コンデンサC2がサージ電圧の影響を受けた高い電圧で充電されると、検出用電圧VDはサージ電圧の増大に伴って上昇する。すなわち、検出用電圧VDは出力電流IOUTの増加に伴って上昇する。本実施例では、例えば、第1整流平滑部3を構成する平滑コンデンサC1の定格電圧/定格静電容量を35[V]/470[μF]、第2整流平滑部4を構成する平滑コンデンサC2の定格電圧/定格静電容量を50[V]/1[μF]とすることができる。
In the switching power supply device 1, the output current I OUT increases, but a surge voltage due to the leakage inductance of the transformer T is increased, the smoothing capacitor C 1 which constitutes a first
出力電流IOUTの増加に伴って検出用電圧VDが上昇すると、シャントレギュレータREGに入力されるリファレンス電圧も上昇する。そして、リファレンス電圧が予め定められた設定電圧より大きくなると、シャントレギュレータREGが導通状態となる。 When the detection voltage V D increases with an increase in the output current I OUT, also increases the reference voltage input to the shunt regulator REG. When the reference voltage becomes larger than a predetermined set voltage, the shunt regulator REG becomes conductive.
図2に、本実施例における出力電流IOUTと検出用電圧VDとの関係を示す。一例として、45[mA]を過電流状態と通常状態との境界とする場合は、シャントレギュレータREGの設定電圧を2.45[V](=15.85[V]×15[kΩ]/(82[kΩ]+15[kΩ]))とすることで、検出用電圧VDが15.85[V]以上であること、すなわち出力電流IOUTが過電流状態であることを検出することができる。 FIG. 2 shows the relationship between the output current I OUT and the detection voltage V D in this embodiment. As an example, when 45 [mA] is the boundary between the overcurrent state and the normal state, the set voltage of the shunt regulator REG is 2.45 [V] (= 15.85 [V] × 15 [kΩ] / ( 82 [kΩ] +15 [kΩ])), it can be detected that the detection voltage V D is 15.85 [V] or more, that is, the output current I OUT is in an overcurrent state. .
以上、本発明に係る過電流検出回路2の実施例について説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されるものではない。例えば、検出部5は、第2整流平滑部4によって得られた検出用電圧VDが予め定められた閾値電圧(実施例では、15.85[V])より大きいことを検出可能な任意の回路に変更することができる。
Although the embodiment of the overcurrent detection circuit 2 according to the present invention has been described above, the configuration of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
1 スイッチング電源装置
2 過電流検出回路
3 第1整流平滑部
4 第2整流平滑部
5 検出部
6 制御部
10 直流電源
11 負荷
C1,C2 平滑コンデンサ
D1,D2 整流ダイオード
PC フォトカプラ
Q スイッチング素子
R1,R2 分圧用抵抗
R4 検出用抵抗
T トランス
T1 一次巻線
T2 二次巻線
1 switching power supply unit 2
Claims (3)
前記第1整流平滑部とは別に設けられた、前記誘起電圧を整流および平滑する第2整流平滑部と、
前記第2整流平滑部によって得られた電圧が予め定められた閾値電圧より大きい場合に、前記第1整流平滑部から出力される電流が過電流状態であることを検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする過電流検出回路。 In a flyback type switching power supply that outputs a voltage obtained by a first rectifying / smoothing unit that rectifies and smoothes an induced voltage in a secondary winding of a transformer, the current output from the first rectifying / smoothing unit is in an overcurrent state. An overcurrent detection circuit for detecting that
A second rectifying / smoothing unit provided separately from the first rectifying / smoothing unit for rectifying and smoothing the induced voltage;
A detection unit that detects that the current output from the first rectification smoothing unit is in an overcurrent state when the voltage obtained by the second rectification smoothing unit is greater than a predetermined threshold voltage;
An overcurrent detection circuit comprising:
前記第2整流平滑部によって得られた電圧を分圧する少なくとも2つの分圧用抵抗と、
前記分圧用抵抗によって得られた電圧が予め定められた設定電圧より大きい場合に導通状態となるシャントレギュレータと、
前記シャントレギュレータに直列接続された検出用抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の過電流検出回路。 The detector is
At least two voltage dividing resistors for dividing the voltage obtained by the second rectifying and smoothing unit;
A shunt regulator that becomes conductive when the voltage obtained by the voltage dividing resistor is larger than a predetermined set voltage;
A detection resistor connected in series to the shunt regulator;
The overcurrent detection circuit according to claim 1, comprising:
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